EP3656163B1 - Verfahren zum betreiben einer netzwerkinfrastrukturseitigen netzwerkeinheit, netzwerkinfrastrukturseitige netzwerkeinheit, verfahren zum betreiben einer strassenseitigen netzwerkeinheit, strassenseitige netzwerkeinheit - Google Patents
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- EP3656163B1 EP3656163B1 EP18731780.5A EP18731780A EP3656163B1 EP 3656163 B1 EP3656163 B1 EP 3656163B1 EP 18731780 A EP18731780 A EP 18731780A EP 3656163 B1 EP3656163 B1 EP 3656163B1
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Definitions
- the invention relates to a method for operating a network infrastructure-side network unit, a network infrastructure-side network unit, a method for operating a roadside network unit and a roadside network unit.
- V2V Vehicle to Vehicle
- Vehicles can also communicate wirelessly with roadside infrastructure (V2I: Vehicle to Infrastructure).
- V2I Vehicle to Infrastructure
- the vehicle can also communicate wirelessly with a backend server on the Internet (V2N: Vehicle to Network) or with a pedestrian device (V2P: Vehicle to Person).
- V2X Vehicle-to-Everything
- V2X Vehicle-to-Everything
- V2X applications which will be deployed in the coming years, is mainly related to on-road applications. Their goal is to provide the driver with information about the road environment. Vehicles periodically provide status information (e.g. Position, speed, acceleration, etc.) and/or event information (rescue operation, broken-down vehicle, traffic jam). This information is usually sent locally in the form of short messages. Neighboring vehicles can send this event-based information to a central network unit (base station, backend).
- status information e.g. Position, speed, acceleration, etc.
- event information rescue operation, broken-down vehicle, traffic jam
- LTE-V2X direct device-to-device
- 5G 5th generation mobile networks
- the IEEE 802.1 1p standard uses the PHY layer of the IEEE 802.11a standard based on Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) with some modifications.
- the MAC layer is based on Enhanced Distributed Channel Access (EDCA), which is contention-based.
- EDCA Enhanced Distributed Channel Access
- CSMA Carrier Sense Multiple Access
- CSMA / CA follows the Listen-Before-Talk principle to minimize collisions on the channel.
- a network unit in this context a vehicle
- it performs a channel measurement to check whether the channel is occupied. If the channel is perceived to be empty, the network unit waits a randomly determined time before the planned transmission and then starts the transmission.
- the network unit will perform a backoff procedure, i.e. it will wait a randomly determined time period before the next channel access.
- the IEEE 802.11p standard offers advantages over other WLAN standards based on IEEE 802.11 in terms of latency and signaling overhead and is adapted to the V2V use case.
- V2V communication is based on a direct device-to-device interface (also known as a sidelink interface at the physical layer).
- a direct device-to-device interface also known as a sidelink interface at the physical layer.
- transmission is cell-based, i.e. scheduled by the network. Transmission rights are granted by a scheduler unit located in the base station, so that collisions are avoided and interference is minimized. Control by the base station can only be carried out in areas where the base station signal is available (in-coverage). In a case where no base station signal is available (out-of-coverage), communication takes place with predefined parameters via the sidelink.
- the 5G Automotive Association wants to use the 5.9 GHz ITS frequency spectrum, which is also where the ITS-G5 systems operate. This poses a threat to the future of ITS-G5 systems and their use, as some car manufacturers have already announced their plans to install ITS-G5-based systems in their cars. This would mean two different wireless communication systems transmitting in the same unlicensed frequency range and resulting in performance degradation for both technologies.
- US 2017/188391 A1 discloses a detection method for a first vehicle user equipment (UE) for collision avoidance in a wireless communication network.
- the method includes receiving a set of scheduling assignment (SA) information assigned to a set of second vehicle UEs, decoding the set of SA information, each of which includes SA information for each of the set of second vehicle UEs, performing an energy detection operation for resources to be used by each of the set of second vehicle UEs to determine additional potential SA transmission and data transmission from the set of second vehicle UEs over the resources, determining available resources for data transmission from the first vehicle UE based on the performed energy detection and SA detection,
- SA scheduling assignment
- an objective technical task could be formulated as creating a coexistence mechanism for the two different wireless communication technologies in order to fairly distribute available resources in a common frequency range.
- the problem underlying the invention is solved by a method for operating a network infrastructure-side network unit according to claim 1, by a network infrastructure-side network unit according to a subordinate claim, a method for operating a roadside network unit according to a subordinate claim and a roadside network unit according to a subordinate claim.
- the network infrastructure-side network unit is operated as follows: sending a first indication to a number of roadside network units of a cell-based Wireless communication network, wherein the first indication in a first time frame comprises a reservation of sidelink resources of a sidelink channel in an unlicensed frequency range; and sending a second indication to a number of roadside network units of an ad hoc wireless communication network, wherein the second indication for a second time frame comprises a reservation of an ad hoc channel in the unlicensed frequency range, wherein the first and second time frames are temporally disjoint.
- two temporally disjoint, i.e. different, non-overlapping, time periods are made available, which are used once by one type of wireless communication network and another time by the other.
- the unlicensed frequency range is thus used by network units of different types, which either have no access to the ad hoc channel or no access to the sidelink channel.
- the two indications ensure that the collision probability is reduced by means of a type of TDM (TDM: Time Division Multiplexing) in the unlicensed frequency range.
- TDM Time Division Multiplexing
- the roadside network unit is operated as follows: determining payload data for sending to another roadside network unit of the ad hoc wireless communication network; receiving an indication from a network infrastructure-side network unit, the indication comprising a reservation of an ad hoc channel in an unlicensed frequency range for a time frame; arbitrating the ad hoc channel during the time frame, and sending the payload data on the ad hoc channel during the time frame to the other roadside network unit if the arbitration of the ad hoc channel was successful.
- the proposed network unit therefore refrains from arbitrating the ad hoc channel outside the specified time frame. This means that outside of the time frame, communication can take place that is not related to the ad hoc channel.
- the unlicensed frequency range can therefore be used by other network units that do not have access to the ad hoc channel.
- the proposed methods and roadside network units advantageously enable a fair allocation of resources between two wireless communication networks operating in the same frequency range.
- FIG. 1 shows a cell-based wireless communication network CELL and an ad hoc wireless communication network VANET.
- the cell-based wireless communication network CELL comprises a network infrastructure-side network unit BS, a roadside network unit UE1 and a roadside network unit UE2.
- the network infrastructure-side network unit BS comprises a processor P_BS, a memory element M_BS, and a transceiver T_BS.
- the network infrastructure-side network unit BS can also be referred to as a base station or eNodeB.
- the network infrastructure-side network unit BS is connected to a stationary antenna A_BS in order to send data on a downlink channel DC and to receive data on an uplink channel UC.
- the antenna A_BS comprises, for example, a number of antennas and is designed, for example, as a Remote Radio Head, RRH.
- the network infrastructure-side network unit BS and the antenna A_BS provide a cell C within which the roadside network units UE1 and UE2 can communicate with the network unit BS.
- the network infrastructure-side network unit BS can also be distributed within the framework of virtualization and consist of individual network units.
- the network units BS, UE1 and UE2 are configured according to the LTE-V2X standard, for example.
- the roadside network unit UE1 comprises a processor P1, a memory element M1, a transceiver T1 and an antenna A1.
- the roadside network unit UE2 comprises a processor T2, a memory element M2, a transceiver T2 and an antenna A2.
- the two roadside network units UE1, UE2 are located within cell C and are able to receive data on the downlink channel DC and send data on the uplink channel UC.
- the two roadside network units UE1, UE2 are able to communicate directly with each other via a sidelink channel SC1 in a non-licensed frequency range NLFB and via a sidelink channel SC2 in a licensed frequency range LFB.
- the uplink channel UC and the single downlink channel DC comprise respective subchannels, i.e. several channels are available in the uplink as well as in the downlink.
- the ad hoc wireless communication network VANET comprises roadside network units NE3 and NE4.
- the network unit NE3 comprises a processor P3, a memory element M3, a transceiver T3 and an antenna A3.
- the network unit NE4 comprises a processor P4, a memory element M4, a transceiver T4 and an antenna A4.
- the transceivers T3 and T4 are configured according to the IEEE 802.11p standard, for example.
- the network units NE3 and NE4 communicate directly with each other via an ad hoc channel ADCH in the unlicensed frequency range NLFB.
- the ad hoc channel ADCH is arbitrated by the transceivers T3, T4 via a CSMA/CA protocol (CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance).
- CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance
- the network units NE3 and NE4 are located close to the network units UE1 and UE2. Due to this proximity, the respective transmission power can be sufficient so that transmissions on the channels ADCH and SC1, which are transmitted in the same unlicensed frequency range NLFB, have a mutually detrimental effect.
- the aim of this description is to reduce this mutually detrimental influence.
- the roadside network units UE1, UE2, NE3 and NE4 are arranged in respective motor vehicles vehic1, vehic2, vehic3, vehic4 and are connected to a control unit (not shown) arranged there for data exchange.
- the roadside network units UE1, UE2, NE3 and NE4 are part of the control unit in the respective motor vehicle vehic1, vehic2, vehic3.
- the roadside network units UE1, UE2, NE3 and NE4 are arranged in a fixed infrastructure such as a traffic light instead of in a motor vehicle.
- the sidelink channels SC1, SC2 and a sidelink in general are defined, for example, by the document 3GPP TS36.300 V14.2.0 (2017-03 ), which is incorporated into this description by reference.
- the sidelink includes sidelink discovery, sidelink communication and V2X sidelink communication between the network entities UE1, UE2.
- the sidelink uses uplink resources and a physical channel structure similar to that of the uplink. The sidelink therefore differs from the uplink in terms of the physical channel.
- the sidelink is limited to single cluster transmissions for the physical sidelink channels. Furthermore, the sidelink uses a 1-symbol gap at the end of each sidelink subframe.
- PSCCH Physical Sidelink Control Channel
- PSSCH Physical Sidelink Shared Channel
- the sidelink channels SC1, SC2 are, for example, the PSSCH.
- the physical layer processing of transport channels in the sidelink differs from the uplink transmission in the following steps: Scrambling: For PSDCH, Physical Sidelink Discovery Channel, and PSCCH, Scrambling is not specific to the network unit; Modulation: 64 QAM and 256 QAM are not supported for the sidelink (QAM: Quadrature amplitude modulation).
- the PSCCH specifies sidelink resources and other transmission parameters used by the respective network unit UE1, UE2 for the PSSCH.
- reference signals similar to the uplink demodulation reference signals are transmitted in the 4th symbol of the slot in the normal CP, Cyclic Prefix, and in the 3rd symbol of the slot in the extended CP.
- the sidelink demodulation reference signal sequence length corresponds to the size (number of subcarriers) of the allocated resource.
- reference signals are transmitted in the 3rd and 6th symbols of the first slot and in the 2nd and 5th symbols of the second slot in the CP.
- reference signals are generated based on a fixed base sequence, cyclic shift and orthogonal cover code.
- the cyclic shift for PSCCH is randomly selected at each transmission.
- S-RSRP Reception power of the sidelink reference signal
- SD-RSRP reception power of the sidelink discovery reference signal
- PSSCH-RSRP reception power of the PSSCH reference signal
- S-RSSI signal strength indicator for sidelink reference signals
- the ad hoc channel ADCH and the ad hoc wireless communication network VANET are defined, for example, by the IEEE standard "802.11p-2010 - IEEE Standard for Information technology-- Local and metropolitan area networks-Specific requirements-- Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 6: Wireless Access in Vehicular Environments", which is incorporated into this description by reference.
- IEEE 802.11p is a standard for extending the WLAN standard IEEE 802.11. The aim of IEEE 802.11p is to establish WLAN technology in passenger vehicles and to create a reliable interface for applications in intelligent transport systems (ITS). IEEE 802.11p is also the basis for dedicated Short Range Communication (DSRC) in the frequency band from 5.85 to 5.925 GHz. To avoid confusion with the European DSRC version, the term ITS-G5 is used instead of DSRC, especially in Europe.
- DSRC Short Range Communication
- ETSI EN 302 663 V1.2.0 (2012-11) describes the two lowest layers of the ITS-G5 technology (ITS G5: Intelligent Transport Systems operating in the 5 GHz frequency band), the physical layer and the data link layer.
- the transceivers T3 and T4 for example, implement at least these two lowest layers and corresponding functions according to "ETSI EN 302 663 V1.2.0 (2012-11)" in order to use the ad hoc channel ADCH.
- ITS-G5A for safety-relevant applications in the frequency range from 5.875 GHz to 5.905 GHz
- ITS-G5B for non-safety-related applications in the frequency range 5.855 GHz to 5.875 GHz
- ITS-G5D for the operation of ITS applications in the frequency range 5.905 GHz to 5.925 GHz.
- ITS-G5 enables communication between the two network entities UE1 and UE2 outside the context of a base station.
- ITS-G5 enables the immediate exchange of data frames and avoids management overhead used when setting up a network.
- the ad hoc channel ADCH is used, among other things, to exchange data relating to traffic safety and traffic efficiency.
- the transceivers T3 and T4 for example, implement the functions described in the document “ETSI TS 102 687 V1.1.1 (2011-07)”.
- the applications and services in ITS-G5 are based on the cooperative behavior of the roadside network units that form the ad hoc network VANET (VANET: vehicular ad hoc network).
- the ad hoc network VANET enables time-critical road traffic applications in which a rapid exchange of information is necessary in order to warn and support the driver and/or the vehicle in good time.
- "Decentralized Congestion Control Mechanisms" are used for the ad hoc channel ADCH of ITS-G5.
- DCC has functions located on several layers of the ITS architecture. The DCC mechanisms are based on knowledge about the channel.
- the channel state information is obtained by channel probing.
- Channel state information can be obtained by the methods TPC (transmit power control), TRC (transmit rate control) and TDC (transmit datarate control). The methods determine the channel state information depending on received signal level thresholds or preamble information of detected packets.
- the transceiver T_BS and the antenna A_BS are designed to establish a control channel CCH to the network units NE3 and NE4.
- the control channel CCH is a subchannel of the downlink channel DC according to 3GPP TS36.300 V14.2.0 (2017-03 ).
- the transceivers T3 and T4 and the antennas A3 and A4 are designed to synchronize to a synchronization signal from the network unit BS and to read data on the control channel CCH.
- a reduced protocol stack according to 3GPP TS 36.300 V14.2.0 (2017-03) is sufficient for this.
- control channel CCH is constructed analogously to the ad hoc channel ADCH and uses the unlicensed frequency range NLFB. Consequently, the transceiver T_BS and the antenna A_BS are designed to transmit on the ad hoc channel according to the control channel CCH to the network units NE3, NE4.
- the transceiver T_BS and the antenna A_BS are designed according to the IEEE 802.11p-2010 standard, whereby a reduced protocol stack is also sufficient to transmit on the control channel CCH.
- Figure 2 shows a schematic flow diagram for the operation of the network infrastructure-side network unit BS from Figure 1 .
- a first indication is sent to a number of roadside network units of the cellular wireless communication network, the first indication within a first time frame indicating a reservation of sidelink resources of the sidelink channel in the non- licensed frequency range.
- This first indication corresponds to at least one scheduling grant message, which includes an explicit allocation of sidelink resources to one of the network units of the cell-based wireless communication network.
- a second indication is sent to a number of roadside network units of the ad hoc wireless communication network.
- the second indication includes a second time frame within which the roadside network units of the ad hoc wireless communication network are permitted to actively use the ad hoc channel in the unlicensed frequency range. Outside of this second time frame, the network units of the ad hoc wireless communication network are prohibited from using the ad hoc channel.
- the sidelink channel is used, which shares the unlicensed frequency range with the ad hoc channel.
- the use of the sidelink channel in the unlicensed frequency range is determined by the network unit BS by scheduling the sidelink resources of the sidelink channel by the network unit on the network infrastructure side.
- FIG. 3 shows a schematic flow diagram for the operation of the network units NE3, NE4 of the ad hoc wireless communication network VANET from Figure 1
- payload data is determined for sending to another roadside network unit of the ad hoc wireless communication network.
- the indication indicating the second time frame is received by the network infrastructure-side network unit.
- the ad hoc channel ADCH is arbitrated during the second time frame. This means that arbitration only takes place if the network unit determines that the second time frame is active or that one is in the second time frame.
- the arbitration includes a channel check to determine whether the radio resources intended for use on the ad hoc channel are free. If the arbitration in step 306 is successful, the network unit sends the determined payload data on the ad hoc channel during the second time frame to the other roadside network unit in a step 308.
- Figure 4 shows a schematic sequence diagram.
- a state of the sidelink channel SC1 in the unlicensed frequency range is determined from Figure 1 determined.
- the state of the sidelink channel SC1 includes, for example, occupancy information in relation to the first time frame.
- the size of the first time frame is determined depending on the state of the sidelink channel. If the sidelink channel SC1 has, for example, a utilization level of 80%, the first time frame is increased. If the sidelink channel SC1 has, for example, a utilization level of 50%, the first time frame is reduced.
- the state of the ad hoc channel is determined.
- the state of the ad hoc channel includes, for example, a number of network units that can be reached and are capable of ad hoc communication.
- the size of the second time frame is determined in a step 408.
- the network units of the ad hoc wireless communication network are assigned to different groups, with the two groups accessing the second time frame alternately. This alternate access to the second time frame reduces the probability of collision on the ad hoc channel.
- more than two groups are formed, with each group exclusively accessing one of several chronologically consecutive second time frames.
- the size of the second time frame and/or the group assignment is sent, for example, as the second indication I2. If the second indication I2 includes the size of the second time frame, the second indication I2 is also viewed as a division indicator of, for example, a fixed higher-level time frame.
- a scheduling of the sidelink resources takes place within the first time frame and the first indication I1 is determined.
- the first indication I1 therefore includes an allocation of sidelink resources within the first time frame. This means that all allocated sidelink resources are within the first time frame.
- the network units of the cell-based wireless communication network therefore only send their payload data within the first time frame on the sidelink channel.
- the first and second time frames are arranged in the parent time frame.
- the parent time frame is shortened in a form not shown, for example starting from a size of 100 ms, when a service indication is received from one of the network units of the wireless communication networks which requires a reduced service latency.
- the first time frame and the second time frame are persistent or semi-persistent, where semi-persistent means that the division of the parent time frame into the first and second time frames occurs according to a number of division schemes.
- a division scheme comprises a 20% share of the parent time frame for the sidelink channel and an 80% share of the parent time frame for the ad hoc channel.
- the division scheme also comprises an order of the first and second time frames within the parent time frame.
- the first indication I1 is sent to the network units UE1 and UE2 on the downlink channel DC in a step 412.
- the second indication I2 is sent to the network units NE3 and NE4 on the control channel CCH in a step 414.
- the transceiver T_BS of the network unit BS is Figure 1 designed to establish the control channel CCH in the ad hoc wireless communication network VANET.
- the first and second indications I1, I2 are sent to the network units UE1 to NE4 on the downlink channel DC in a step 416.
- the transceivers T3 and T4 from Figure 1 do not have to include the entire functionality of the transceivers T1 and T2, but can include a reduced range of functions.
- the transceivers T3 and T4 are made of Figure 1 i.e. at least designed to receive a synchronization signal from the network unit BS, to synchronize itself therewith and to have read access to the downlink channel DC on which the indications I1, I2 are sent.
- the first indication I1 provides the network units UE1, UE2 with scheduling information, i.e. allocations of sidelink resources of the sidelink channel SC1.
- the first indication I1 is adapted by the network unit BS to the situation in the cell-based wireless communication network CELL and sent to the network units UE1, UE2, which only send/receive on the allocated sidelink resources.
- the second indication I2 provides the network units NE3, NE4 with the second time frame T2, i.e. a release of ad hoc resources of the ad hoc channel.
- the network units NE3, NE4 arbitrate the ad hoc channel according to the CSMA/CA procedure.
- the second indication I2 is adapted by the network unit BS to the situation in the ad hoc wireless communication network CELL.
- the second indication I2 is persistent or semi-persistent in terms of a size of the time frame.
- the second time frame is provided to the network units NE3, NE4 by means of a Figure 5 explained indication.
- FIG. 5 shows a schematic sequence diagram.
- the higher-level time frame Tsup includes the first time frame T1 and the second time frame T2.
- the higher-level time frame Tsup begins at times t1_1, t1_2.
- the first time frame T1 ends at time t2_1.
- the second time frame T2 begins at time t2_1 and ends at time t1_2.
- the indication I1 includes an allocation of sidelink resources for sending payload data N1, N2 on the sidelink channel SC1.
- the indication I1 therefore means that in the first time frame T1 the sidelink channel SC1 is actively used and the network units NE3 and NE3 of the ad hoc wireless communication network VANET refrain from accessing the ad hoc channel.
- the network unit BS prevents the allocation of sidelink resources in the second time frame T2. Consequently, before arbitrating the ad hoc channel ADCH, the network units NE3, NE4 check whether the second time frame T2 is active. If this is the case, if there is payload data N3, N4 to be sent, the ad hoc channel ADCH is arbitrated. If the arbitration is successful, the payload data is sent in N3, N4.
- the network unit BS sends an indication BEAC on the control channel CCH, which signals the time t1_1, t1_2 and thus the start of a next higher-level time frame Tsup.
- the indication BEAC is also referred to as a second indication and/or beacon.
- the indication BEAC is sent by the network unit BS, for example, at regular intervals to the number of network units NE3, NE4 in the sense of a broadcast.
- the indication BEAC additionally or alternatively indicates the time t2_1, i.e. the start of the second time frame T2.
- the BEAC indication is sent on the CCH channel and thus in the second time slot T2.
- the BEAC indication is sent on the downlink channel DC, whereby the BEAC indication can be sent independently of the first or second time slot.
- the second time frame T2 follows the first time frame T1.
- the network unit BS accommodates the schedulable sidelink resources in the first time frame T1 and the second time frame T2 is available to the network units NE3, NE4.
- the second time frame T2 is arranged first in the higher-level time frame Tsup and the first time frame T1 follows the second time frame T2.
- the time frames T1 and T2 are spaced apart from one another by a safety period in order to reduce mutual influence of the two wireless communication networks VANET, CELL.
- the network units UE1, UE2 reduce their energy requirements by operating the respective transceiver with a reduced energy consumption during the second time period T2, since neither sending nor receiving is planned during the second time period T2.
- the network units NE3, NE4 reduce their energy requirements by operating the respective transceiver with a reduced energy consumption during the first time period T1, since neither sending nor receiving is planned during the first time period T1.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer netzwerkinfrastrukturseitigen Netzwerkeinheit, eine netzwerkinfrastrukturseitige Netzwerkeinheit, ein Verfahren zum Betreiben einer straßenseitigen Netzwerkeinheit und eine straßenseitige Netzwerkeinheit.
- Es ist bekannt, dass bereits heute Fahrzeuge in der Lage sind, Informationen mit anderen Fahrzeugen in deren Nähe (V2V: Vehicle to Vehicle) auszutauschen. Auch können Fahrzeuge mit straßenseitiger Infrastruktur drahtlos kommunizieren (V2I: Vehicle to Infrastructure). Ebenso kann das Fahrzeug mit einem Backend-Server im Internet (V2N: Vehicle to Network) oder mit einem Fußgänger-Endgerät (V2P: Vehicle to Person) drahtlos kommunizieren. Diese Kommunikation wird insgesamt auch als Vehicle-to-Everything (V2X) bezeichnet. Die Entwicklung neuer Funktionen und Dienstleistungen in der Automobilindustrie wie beispielsweise automatisiertes Fahren profitiert von V2X. Verkehrssicherheit, Fahrkomfort und Energieeffizienz können verbessert werden. Dies führt zu neuen Produkten und Geschäftsmodellen für Autohersteller, Automobilzulieferer und andere Dienstleister.
- Die erste Generation der V2X-Anwendungen, die in den kommenden Jahren eingesetzt werden soll, ist hauptsächlich auf die Anwendung auf der Straße bezogen. Ihr Ziel ist es, dem Fahrer Informationen über das Straßenumfeld bereitszustellen. Fahrzeuge stellen periodisch Statusinformationen (z. B. Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung usw.) und/oder Ereignisinformation (Rettungseinsatz, liegen gebliebenes Fahrzeug, Stau) bereit. Diese Informationen werden in der Regel in Form von Kurzmitteilungen lokal abgesetzt. Von benachbarten Fahrzeugen kann diese ereignisbasierte Information an eine zentrale Netzwerkeinheit (Basisstation, Backend) geschickt werden.
- Für V2X Direct Device-to-Device (D2D) Kommunikation gibt es derzeit zwei konkurrierende Technologien. Die erste Technologie basiert funktechnisch auf dem IEEE802.11p Standard, welcher die Basis für die übergreifenden Standards DSRC (Dedicated Short Range Communication) in den USA und ETSI ITS G5 (ETSI: European Telecommunications Standards Institute; ITS: Intelligent Transport Systems) in Europa bildet. Die zweite Technologie basiert auf 3GPP (3rd Generation Partnership Project) LTE (Long Term Evolution) und ist auch unter dem Kürzel LTE-V2X bekannt. Eine Weiterentwicklung der LTE-V2X-Technologie wird mit 5G (5th generation mobile networks) erwartet.
- Der IEEE 802.1 1p-Standard verwendet die PHY-Schicht des IEEE 802.11a-Standards auf der Grundlage von Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) mit einigen Modifikationen. Die MAC-Schicht basiert auf dem Enhanced Distributed Channel Access (EDCA), welcher konkurrenzbasiert ist. Des Weiteren wird Carrier Sense Multiple Access (CSMA) mit Collision Avoidance (CSMA / CA) verwendet. CSMA / CA folgt dem Listen-Before-Talk-Prinzip, um Kollisionen auf dem Kanal zu minimieren. Wenn eine Netzwerkeinheit (in diesem Zusammenhang ein Fahrzeug) Daten zu übermitteln hat, führt diese eine Kanalmessung durch, um zu überprüfen, ob der Kanal besetzt ist. Wenn der Kanal als leer wahrgenommen wird, wartet die Netzwerkeinheit mit der geplanten Übertragung eine zufallsermittelte Zeit ab und beginnt dann mit der Übertragung. Wenn der Kanal während der Kanalmessung belegt ist, so wird die Netzwerkeinheit eine Backoff-Prozedur durchführen, d. h. sie wartet mit dem nächsten Kanalzugriff eine zufallsermittelte Zeitperiode ab. Je höher die Anzahl der Netzwerkeinheiten ist, die in einem geografischen Gebiet zu senden versuchen, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine Netzwerkeinheit ihre Übertragung verzögert, was zu insgesamt erhöhten Verzögerungen im Netzwerk führt. Der IEEE 802.11p-Standard bietet gegenüber anderen WLAN-Standards auf Basis von IEEE 802.11 Vorteile in Bezug auf Latenz und Signalisierungsaufwand und ist auf den Anwendungsfall V2V angepasst.
- Die LTE-Erweiterung für V2X ab dem 3GPP Release 14 schlägt vor, ein lizenziertes und/oder ein nicht lizenziertes Spektrum für die Kommunikation zu nutzen. Die V2V-Kommunikation basiert auf einer direkten Device-to-Device-Schnittstelle (auch als Sidelink-Schnittstelle an der physikalischen Schicht bezeichnet). Im Gegensatz zu 802.1 1p geschieht die Übertragung zellgestützt, d. h. durch das Netzwerk geplant durchführt. Übertragungsrechte werden von einer Scheduler-Einheit, die sich in der Basisstation befindet, erteilt, sodass Kollisionen vermieden und Störungen minimiert werden. Die Kontrolle durch die Basisstation kann nur in Bereichen durchgeführt werden, in denen das Basisstationsignal verfügbar ist (in-coverage). In einem Fall, in dem kein Basisstationssignal zur Verfügung steht (out-of-coverage), findet die Kommunikation mit vordefinierten Parametern über den Sidlink statt.
- Die 5G Automotive Association (5GAA) möchte das 5,9 GHz ITS-Frequenzspektrum, auf dem auch die ITS-G5-Systeme arbeiten, verwenden. Dies stellt eine Bedrohung für die Zukunft der ITS-G5-Systeme und deren Einsatz dar, da einige Automobilhersteller ihre Pläne bereits angekündigt haben, ITS-G5-basierte Systeme in ihrem Autos zu verbauen. Damit würden zwei unterschiedliche Drahtloskommunikationssysteme im gleichen nicht lizenzierten Frequenzbereich senden und es ergäben sich Leistungsverschlechterungen für beide Technologien.
- In
US 2017/188391 A1 wird ein Erfassungsverfahren für ein erstes Fahrzeug-Benutzergerät (UE) zur Kollisionsvermeidung in einem drahtlosen Kommunikationsnetz offenbart. Das Verfahren umfasst das Empfangen eines Satzes von Scheduling Assignment (SA)-Informationen, die einem Satz von zweiten Fahrzeug-UEs zugewiesen sind, das Dekodieren des Satzes von SA-Informationen, von denen jede SA-Informationen für jeden des Satzes von zweiten Fahrzeug-UEs enthält, das Durchführen einer Energieerfassungsoperation für Ressourcen, die von jedem des Satzes von zweiten Fahrzeug-UEs verwendet werden sollen, um eine zusätzliche potenzielle SA-Übertragung und eine Datenübertragung von dem Satz von zweiten Fahrzeug-UEs über die Ressourcen zu bestimmen, Bestimmen verfügbarer Ressourcen für die Datenübertragung von dem ersten Fahrzeug-UE auf der Grundlage der durchgeführten Energieerfassung und SA-Erfassung, - Überspringen eines Kanalerfassungsvorgangs auf mindestens einem Teilrahmen, der für die Datenübertragung von dem ersten Fahrzeug-UE verwendet wird, und Übertragen von Daten zwischen Ressourcen, die in den nächsten Übertragungen von zweiten Fahrzeug-UEs als ungenutzt identifiziert werden.
- In ZTE: "Co-channel coexistence between DSRC and L TE V2V on same channel", Bd. RAN WG1, Nr. Lisbon, Portugal, 20161010 - 20161014 30, September 2016 (2016-09-30) werden einige Schemata für die Koexistenz von DSRC und LTE-basiertem V2V auf demselben Kanal diskutiert.
- SAMSUNG: "Revisiting of lang term co-channel coexistence solution between IEEE802.11 p/DSRC and L TE-V2X", Bd. RAN WG2, Nr. Reno, USA, 20161114 - 20161118, 4. November 2016 (2016-11-04) diskutiert, dass es sich bei einer Untersuchung des DSRC-Mehrkanalbetriebs gezeigt hat, dass es je nach den möglichen DSRC-Änderungen Vor- und Nachteile gibt. Darüber hinaus könnte das Problem des Hidden Node auftreten, wenn ein sensing-basierter Räumungs-/Schaltansatz als Lösung gewählt wird.
- Mithin könnte man eine objektive technische Aufgabe dahingehend formulieren, dass ein Koexistenzmechanismus für die zwei unterschiedlichen Drahtloskommunikationstechnologien zu schaffen ist, um auf einem gemeinsamen Frequenzbereich vorhandene Ressourcen fair aufzuteilen.
- Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer netzwerkinfrastrukturseitigen Netzwerkeinheit nach dem Anspruch 1, durch eine netzwerkinfrastrukturseitige Netzwerkeinheit nach einem nebengeordneten Anspruch, ein Verfahren zum Betreiben einer straßenseitigen Netzwerkeinheit nach einem nebengeordneten Anspruch und eine straßenseitige Netzwerkeinheit nach einem nebengeordneten Anspruch gelöst.
- Gemäß einem ersten und zweiten Aspekt wird die netzwerkinfraststrukturseitige Netzwerkeinheit folgendermaßen betrieben: Versenden einer ersten Indikation an eine Anzahl von straßenseitigen Netzwerkeinheiten eines zell-basierten Drahtloskommunikationsnetzwerks, wobei die erste Indikation in einem ersten Zeitrahmen eine Reservierung von Sidelink-Ressourcen eines Sidelink-Kanals in einem nicht lizenzierten Frequenzbereich umfasst; und Versenden einer zweiten Indikation an eine Anzahl von straßenseitigen Netzwerkeinheiten eines Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerks, wobei die zweite Indikation für einen zweiten Zeitrahmen eine Reservierung eines Adhoc-Kanals in dem nicht lizenzierten Frequenzbereich umfasst, wobei der erste und der zweite Zeitrahmen zeitlich disjunkt sind.
- Vorteilhaft werden durch das Vorsehen des ersten und zweiten Zeitrahmens zwei zeitlich disjunkte d. h. voneinander unterschiedliche, sich nicht überschneidende Zeitdauern zur Verfügung gestellt, welche einmal von dem einen und ein anderes Mal von dem anderen Typ von Drahtloskommunikationsnetzwerk genutzt werden. Der nicht lizenzierte Frequenzbereich wird somit durch Netzwerkeinheiten unterschiedlichen Typs verwendet, welche entweder keinen Zugriff auf den Adhoc-Kanal oder keinen Zugriff auf den Sidelink-Kanal haben. Die beiden Indikationen stellen durch eine Art TDM (TDM: Time Division Multiplexing) in dem nicht lizenzierten Frequenzbereich sicher, dass die Kollisionswahrscheinlichkeit reduziert wird. Eine Verfügbarkeit der Daten in beiden Netzwerktypen wird erhöht. Eine Übertragungslatenz in beiden Netzwerktypen reduziert. Entsprechend wird eine faire Aufteilung der vorhandenen Ressourcen im nicht lizenzierten Frequenzbereich erreicht.
- Gemäß einem dritten und vierten Aspekt wird die straßenseitige Netzwerkeinheit folgendermaßen betrieben: Ermitteln von Nutzdaten zum Versand an eine weitere straßenseitige Netzwerkeinheit des Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerks; Empfangen einer Indikation von einer netzwerkinfrastrukturseitigen Netzwerkeinheit, wobei die Indikation für einen Zeitrahmen eine Reservierung eines Adhoc-Kanals in einem nicht lizenzierten Frequenzbereich umfasst; Arbitrierung des Adhoc-Kanals während des Zeitrahmens, und Versenden der Nutzdaten auf dem Adhoc-Kanal während des Zeitrahmens an die weitere straßenseitige Netzwerkeinheit, wenn die Arbitrierung des Adhoc-Kanals erfolgreich war.
- Die vorgeschlagene Netzwerkeinheit sieht also von einer Arbitrierung des Adhoc-Kanals außerhalb des vorgegebenen Zeitrahmens ab. Dies bedeutet, dass außerhalb des Zeitrahmens eine Kommunikation stattfinden kann, welche nicht auf den Adhoc-Kanal bezogen ist. Der nicht lizenzierte Frequenzbereich kann somit durch andere Netzwerkeinheiten verwendet werden, welche keinen Zugriff auf den Adhoc-Kanal haben.
- Insgesamt ermöglichen die vorgeschlagenen Verfahren und straßenseitgigen Netzwerkeinheiten vorteilhaft eine faire Ressourcenaufteilung zwischen zwei im selben Frequenzbereich operierenden Drahtloskommunikationsnetzwerken.
- Weitere Merkmale und Vorteile finden sich in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
- Figur 1
- ein erstes zell-basiertes Drahtloskommunikationsnetzwerk und ein zweites Drahtloskommunikationsnetzwerk;
- Figuren 2 und 3
- jeweils ein schematisches Ablaufdiagramm; und
- Figuren 4 und 5
- jeweils ein schematisches Sequenzdiagramm.
-
Figur 1 zeigt ein zell-basiertes Drahtloskommunikationsnetzwerk CELL und ein Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerk VANET. Das zell-basierte Drahtloskommunikationsnetzwerk CELL umfasst eine netzwerkinfrastrukturseitige Netzwerkeinheit BS, eine straßenseitige Netzwerkeinheit UE1 und eine straßenseitige Netzwerkeinheit UE2. Die netzwerkinfrastrukturseitige Netzwerkeinheit BS umfasst einen Prozessor P_BS, ein Speicherelement M_BS, und einen Transceiver T_BS. Die netzwerkinfrastrukturseitige Netzwerkeinheit BS ist auch als Basisstation oder eNodeB bezeichenbar. Die netzwerkinfrastrukturseitige Netzwerkeinheit BS ist mit einer stationären Antenne A_BS verbunden, um Daten auf einem Downlink-Kanal DC zu senden und Daten auf einem Uplink-Kanal UC zu empfangen. Die Antenne A_BS umfasst beispielsweise eine Anzahl von Antennen und ist beispielsweise als Remote Radio Head, RRH, ausgeführt. Die netzwerkinfrastrukturseitige Netzwerkeinheit BS und die Antenne A_BS stellen eine Zelle C bereit, innerhalb derer die straßenseitigen Netzwerkeinheiten UE1 und UE2 mit der Netzwerkeinheit BS kommunizieren können. Selbstverständlich kann die netzwerkinfrastrukturseitige Netzwerkeinheit BS im Rahmen einer Virtualisierung auch verteilt aufgebaut sein und aus vereinzelten Netzwerkeinheiten bestehen. Die Netzwerkeinheiten BS, UE1 und UE2 sind beispielsweise nach dem LTE-V2X-Standard konfiguriert. - Die straßenseitige Netzwerkeinheit UE1 umfasst einen Prozessor P1, ein Speicherelement M1, einen Transceiver T1 und eine Antenne A1. Die straßenseitige Netzwerkeinheit UE2 umfasst einen Prozessor T2, ein Speicherelement M2, einen Transceiver T2 und eine Antenne A2.
- Die beiden straßenseitigen Netzwerkeinheiten UE1, UE2 befinden sich innerhalb der Zelle C, und sind fähig, Daten auf dem Downlink-Kanal DC zu empfangen und Daten auf dem Uplink-Kanal UC zu versenden. Die beiden straßenseitigen Netzwerkeinheiten UE1, UE2 sind fähig, direkt miteinander über einen Sidelink-Kanal SC1 in einem nicht-lizenzierten Frequenzbereich NLFB und über einen Sidelink-Kanal SC2 in einem lizenzierten Frequenzbereich LFB zu kommunizieren.
- In dieser Beschreibung wird auf den einzigen Uplink-Kanal UC und den einzigen Downlink-Kanal DC Bezug genommen. Beispielsweise umfasst der Uplink-Kanal UC und der Downlink-Kanal DC jeweilige Unterkanäle, d. h. es stehen mehrere Kanäle im Uplink als auch im Downlink zur Verfügung. Gleiches gilt für die Sidelink-Kanäle SC1, SC2.
- Das Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerk VANET umfasst straßenseitige Netzwerkeinheiten NE3 und NE4. Die Netzwerkeinheit NE3 umfasst einen Prozessor P3, ein Speicherelement M3, einen Transceiver T3 und eine Antenne A3. Die Netzwerkeinheit NE4 umfasst einen Prozessor P4, ein Speicherelement M4, einen Transceiver T4 und eine Antenne A4. Die Transceiver T3 und T4 sind beispielsweise nach dem Standard IEEE 802.11p konfiguriert. Die Netzwerkeinheiten NE3 und NE4 kommunizieren direkt miteinander über einen Adhoc-Kanal ADCH in dem nicht lizenzierten Frequenzbereich NLFB. Der Adhoc-Kanal ADCH wird über ein CSMA/CA-Protokoll (CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) von den Transceivern T3, T4 arbitriert.
- Die Netzwerkeinheiten NE3 und NE4 befinden sich in der Nähe der Netzwerkeinheiten UE1 und UE2. Durch diese Nähe kann die jeweilige Sendeleistung ausreichen, sodass Übertragungen auf den Kanälen ADCH und SC1, welche im gleichen nicht lizenzierten Frequenzbereich NLFB übertragen werden, sich gegenseitig nachteilhaft beeinflussen. Ziel dieser Beschreibung ist es, diese gegenseitige nachteilhafte Beeinflussung zu reduzieren.
- Die straßenseitigen Netzwerkeinheiten UE1, UE2, NE3 und NE4 sind in jeweiligen Kraftfahrzeugen vehic1, vehic2, vehic3, vehic4 angeordnet und mit einem jeweils dort angeordneten nicht gezeigten Steuergerät zum Datenaustausch verbunden. Alternativ sind die straßenseitigen Netzwerkeinheiten UE1, UE2, NE3 und NE4 Teil des Steuergeräts in dem jeweiligen Kraftfahrzeug vehic1, vehic2, vehic3. In einer weiteren alternativen Ausführungsform sind die straßenseitigen Netzwerkeinheiten UE1, UE2, NE3 und NE4 anstatt in einem Kraftfahrzeug in einer feststehenden Infrastruktur wie beispielsweise einer Ampel angeordnet.
- Die Sidelink-Kanäle SC1, SC2 und ein Sidelink im allgemeinen sind beispielsweise durch das Dokument 3GPP TS 36.300 V14.2.0 (2017-03) definiert, welches durch Bezugnahme in diese Beschreibung aufgenommen ist. Der Sidelink umfasst Sidelink Discovery, Sidelink-Kommunikation und V2X-Sidelink-Kommunikation zwischen den Netzwerkeinheiten UE1, UE2. Der Sidelink verwendet Uplink-Ressourcen und eine physikalische Kanalstruktur ähnlich wie die des Uplinks. Der Sidelink unterscheidet sich also vom Uplink in Bezug auf den physikalischen Kanal.
- Der Sidelink ist auf einzelne Clusterübertragungen für die physikalischen Sidelink-Kanäle begrenzt. Weiterhin verwendet der Sidelink eine 1-Symbol-Lücke am Ende jedes Sidelink-Subframe. Für die V2X-Sidelink-Kommunikation werden PSCCH, Physical Sidelink Control Channel, und PSSCH, Physical Sidelink Shared Channel, im gleichen Subframe übertragen. Die Sidelink-Kanäle SC1, SC2 sind beispielsweise der PSSCH.
- Die physikalische Schichtverarbeitung von Transportkanälen im Sidelink unterscheidet sich von der Uplink-Übertragung in den folgenden Schritten: Scrambling: Für PSDCH, Physical Sidelink Discovery Channel, und PSCCH ist das Scrambling nicht spezifisch für die Netzwerkeinheit; Modulation: 64 QAM und 256 QAM wird für den Sidelink nicht unterstützt (QAM: Quadrature amplitude modulation). Der PSCCH gibt Sidelink-Ressourcen und andere Übertragungsparameter an, die von der jeweiligen Netzwerkeinheit UE1, UE2 für den PSSCH verwendet werden.
- Für die PSDCH-, PSCCH- und PSSCH-Demodulation werden Referenzsignale ähnlich den Uplink-Demodulationsreferenzsignalen im 4-ten Symbol des Slots im normalen CP, Cyclic Prefix, und im dritten Symbol des Slots im erweiterten CP übertragen. Die Sidelink-Demodulationsreferenzsignal-Sequenzlänge entspricht der Größe (Anzahl der Subcarrier) der zugeordneten Ressource. Für die V2X-Sidelink-Kommunikation werden Referenzsignale in den 3. und 6. Symbolen des ersten Slots und in den 2. und 5. Symbolen des zweiten Slots im CP übertragen. Für PSDCH und PSCCH werden Referenzsignale basierend auf einer festen Basissequenz, zyklischem Shift und orthogonalem Cover Code erzeugt. Für die V2X-Sidelink-Kommunikation wird der zyklische Shift für PSCCH zufällig bei jeder Übertragung ausgewählt.
- Für Messungen des jeweiligen Sidelink-Kanals SC1, SC2 stehen auf der Seite der Netzwerkeinheiten UE1, UE2 folgende Möglichkeiten zur Verfügung: Empfangsleistung des Sidelink-Referenzsignals (S-RSRP); Empfangsleistung des Sidelink-Discovery-Referenzsignals (SD-RSRP); Empfangsleistung des PSSCH-Referenzsignals (PSSCH-RSRP); Signalstärkeindikator für Sidelink-Referenzsignale (S-RSSI).
- Der Adhoc-Kanal ADCH und das Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerk VANET sind beispielsweise durch den IEEE-Standard "802.11p-2010 - IEEE Standard for Information technology-- Local and metropolitan area networks-Specific requirements-- Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 6: Wireless Access in Vehicular Environments" definiert, welcher durch Bezugnahme in diese Beschreibung aufgenommen ist. IEEE 802.11p ist ein Standard zur Erweiterung des WLAN-Standards IEEE 802.11. Die Zielrichtung von IEEE 802.11p ist es, die WLAN-Technik in Personen-Kraftfahrzeugen zu etablieren und eine zuverlässige Schnittstelle für Anwendungen intelligenter Verkehrssysteme (engl. Intelligent Transport Systems, ITS) zu schaffen. IEEE 802.11p ist auch Basis für Dedicated Short Range Communication (DSRC) im Frequenzband von 5,85 bis 5,925 GHz. Um Verwechslungen mit der europäischen DSRC Version zu vermeiden, wird vor allem in Europa eher der Begriff ITS-G5 anstatt DSRC verwendet.
- Das Dokument "ETSI EN 302 663 V1.2.0 (2012-11)", welches durch Bezugnahme in diese Beschreibung aufgenommen ist, beschreibt beiden untersten Schichten der ITS-G5-Technologie (ITS G5: Intelligent Transport Systems operating in the 5 GHz frequency band), die physikalische Schicht und die Datenverbindungsschicht. Die Transceiver T3 und T4 realisieren beispielsweise mindestens diese beiden untersten Schichten und korrespondierende Funktionen nach " ETSI EN 302 663 V1.2.0 (2012-11)", um den Adhoc-Kanal ADCH zu verwenden. Für die Verwendung des Adhoc-Kanals ADCH stehen in Europa die folgenden nicht lizenzierten Frequenzbereiche zur Verfügung, welche Teil des nicht-lizenzierten Frequenzbereichs NLFB sind: 1) ITS-G5A für sicherheitsrelevante Anwendungen im Frequenzbereich von 5,875 GHz bis 5,905 GHz; 2) ITS-G5B für nicht-sicherheitsrelevante Anwendungen im Frequenzbereich von 5.855 GHz bis 5.875 GHz; und 3) ITS-G5D für den Betrieb von ITS-Anwendungen im Frequenzbereich 5,905 GHz bis 5.925 GHz. ITS-G5 ermöglicht eine Kommunikation zwischen den zwei Netzwerkeinheiten UE1 und UE2 außerhalb des Kontextes einer Basistation. ITS-G5 ermöglicht den sofortigen Austausch von Datenrahmen und vermeidet einen Management-Overhead, der bei der Einrichtung eines Netzwerks verwendet wird.
- Das Dokument "ETSI TS 102 687 V1.1.1 (2011-07)", welches durch Bezugnahme in diese Beschreibung aufgenommen ist, beschreibt für ITS-G5 einen "Decentralized Congestion Control Mechanisms". Der Adhoc-Kanal ADCH dient unter anderem dem Austausch von Daten betreffend die Verkehrssicherheit und die Verkehrseffizienz. Die Transceiver T3 und T4 realisieren beispielsweise die Funktionen, wie sie im Dokument "ETSI TS 102 687 V1.1.1 (2011-07)" beschrieben sind. Die Anwendungen und Dienstleistungen im ITS-G5 beruhen auf dem kooperativen Verhalten der straßenseitigen Netzwerkeinheiten, die das Adhoc-Netzwerk VANET (VANET: vehicular ad hoc network) bilden. Das Adhoc-Netzwerk VANET ermöglicht zeitkritische Straßenverkehrsanwendungen, bei denen ein schneller Informationsaustausch notwendig ist, um den Fahrer und/oder das Fahrzeug rechtzeitig zu warnen und zu unterstützen. Um eine ordnungsgemäße Funktion des Adhoc-Netzwerks VANET zu gewährleisten, wird "Decentralized Congestion Control Mechanisms" (DCC) für den Adhoc-Kanal ADCH von ITS-G5 verwendet. DCC hat Funktionen, die sich auf mehreren Schichten der ITS-Architektur befinden. Die DCC-Mechanismen beruhen auf Wissen über den Kanal. Die Kanalzustandsinformation wird durch Kanal-Sondierung gewonnen. Kanalzustandsinformationen können durch die Methoden TPC (transmit power control), TRC (transmit rate control) und TDC (transmit datarate control) gewonnen werden. Die Methoden ermitteln die Kanalzustandsinformation in Abhängigkeit von Empfangssignalpegelschwellen oder Präambelinformationen von detektierten Paketen.
- Der Transceiver T_BS und die Antenne A_BS sind dazu ausgebildet, einen Kontrollkanal CCH zu den Netzwerkeinheiten NE3 und NE4 aufzubauen. Für die Ausbildung des Kontrollkanals CCH gibt es mehrere Möglichkeiten. In einer Ausführungsform ist der Kontrollkanals CCH ein Unterkanal des Downlink-Kanals DC gemäß 3GPP TS 36.300 V14.2.0 (2017-03). Die Transceiver T3 und T4 und die Antennen A3 und A4 sind dabei dazu ausgebildet, sich zu einem Synchronisationssignal ausgehend von der Netzwerkeinheit BS zu synchronisieren und Daten auf dem Kontrollkanal CCH zu lesen. Hierzu reicht auch ein reduzierter Protokollstapel nach 3GPP TS 36.300 V14.2.0 (2017-03) aus.
- In einer alternativen Ausführungsform ist der Kontrollkanal CCH analog zu dem Adhoc-Kanal ADCH aufgebaut und verwendet den nicht lizenzierten Frequenzbereich NLFB. Folglich sind der Transceiver T_BS und die Antenne A_BS dazu ausgebildet, auf dem Adhoc-Kanal gemäß dem Kontrollkanal CCH zu den Netzwerkeinheit NE3, NE4 zu senden. Beispielsweise sind der Transceiver T_BS und die Antenne A_BS nach dem Standard IEEE 802.11p-2010 ausgebildet, wobei auch ein reduzierter Protokollstapel genügt, um auf dem Kontrollkanal CCH zu senden.
-
Figur 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm zum Betrieb der netzwerkinfrastrukturseitigen Netzwerkeinheit BS ausFigur 1 . In einem Schritt 202 wird eine erste Indikation an eine Anzahl von straßenseitigen Netzwerkeinheiten des zellbasierten Drahtloskommunikationsnetzwerks versendet, wobei die erste Indikation innerhalb eines ersten Zeitrahmens eine Reservierung von Sidelink-Ressourcen des Sidelink-Kanals in dem nicht lizenzierten Frequenzbereich umfasst. Diese erste Indikation entspricht zumindest einer Scheduling-Grant-Nachricht, welche eine explizite Zuweisung von Sidelink-Ressourcen zu einer der Netzwerkeinheiten des zell-basierten Drahtloskommunikationsnetzwerks umfasst. In einem Schritt 204 wird eine zweite Indikation an eine Anzahl von straßenseitigen Netzwerkeinheiten des Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerks versendet. Die zweite Indikation umfasst einen zweiten Zeitrahmen, innerhalb dessen es den straßenseitigen Netzwerkeinheiten des Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerks erlaubt ist, den Adhoc-Kanal im nicht lizenzierten Frequenzbereich aktiv zu nutzen. Außerhalb dieses zweiten Zeitrahmens ist es den Netzwerkeinheiten des Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerks verboten, den Adhoc-Kanal zu nutzen. Während dieses Nutzungsverbots des Adhoc-Kanals findet beispielsweise die Nutzung des Sidelink-Kanals statt, welcher sich den nicht lizenzierten Frequenzbereich mit dem Adhoc-Kanal teilt. Die Nutzung des Sidelink-Kanals im nicht lizenzierten Frequenzbereich wird durch die Netzwerkeinheit BS bestimmt, indem die Sidelink-Ressourcen des Sidelink-Kanals von der netzwerkinfrastrukturseitigen Netzwerkeinheit gescheduled werden. -
Figur 3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm zum Betrieb der Netzwerkeinheiten NE3, NE4 des Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerks VANET ausFigur 1 . In einem Schritt 302 werden Nutzdaten zum Versand an eine weitere straßenseitige Netzwerkeinheit des Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerks ermittelt. In einem Schritt 304 wird die Indikation, welche den zweiten Zeitrahmen indiziert, von der netzwerkinfrastrukturseitigen Netzwerkeinheit empfangen. In einem Schritt 306 wird der Adhoc-Kanal ADCH während des zweiten Zeitrahmens arbitriert. Das bedeutet, dass eine Arbitrierung nur dann stattfindet, wenn die Netzwerkeinheit feststellt, dass der zweite Zeitrahmen aktiv ist bzw. dass man sich im zweiten Zeitrahmen befindet. Die Arbitrierung umfasst eine Kanalprüfung dahingehend, ob die zur Nutzung vorgesehen Radio-Ressourcen auf dem Adhoc-Kanal frei sind. Ist die Arbitrierung im Schritt 306 erfolgreich, so versendet die Netzwerkeinheit in einem Schritt 308 die ermittelten Nutzdaten auf dem Adhoc-Kanal während des zweiten Zeitrahmens an die weitere straßenseitige Netzwerkeinheit. -
Figur 4 zeigt ein schematisches Sequenzdiagramm. In einem Schritt 402 wird ein Zustand des Sidelink-Kanals SC1 im nicht lizenzierten Frequenzbereich ausFigur 1 ermittelt. Der Zustand des Sidelink-Kanals SC1 umfasst beispielsweise eine Belegungsinformation in Bezug zu dem ersten Zeitrahmen. In einem Schritt 404 wird die Größe des ersten Zeitrahmens in Abhängigkeit von dem Zustand des Sidelink-Kanals ermittelt. Weist der Sidelink-Kanal SC1 beispielsweise einen Auslastungsgrad von 80 % auf, so wird der erste Zeitrahmen vergrößert. Weist der Sidelink-Kanal SC1 beispielsweise einen Auslastungsgrad von 50 % auf, so wird der erste Zeitrahmen verkleinert. - Im Schritt 406 wird der Zustand des Adhoc-Kanals ermittelt. Der Zustand des Adhoc-Kanals umfasst beispielsweise eine Anzahl von erreichbaren und zur Adhoc-Kommunikation fähigen Netzwerkeinheiten. In Abhängigkeit von dem Zustand des Adhoc-Kanals wird in einem Schritt 408 die Größe des zweiten Zeitrahmens ermittelt. Alternativ oder zusätzlich werden im Schritt 408 die Netzwerkeinheiten des Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerks unterschiedlichen Gruppen zugeordnet, wobei die beiden Gruppen im Wechsel auf den zweiten Zeitrahmen zugreifen. Dieser Wechselzugriff auf den zweiten Zeitrahmen verringert die Kollisionswahrscheinlichkeit auf dem Adhoc-Kanal. In einer Ausführungsform werden mehr als zwei Gruppen gebildet, wobei jede Gruppe exklusiv auf einen von mehreren zeitlich aufeinanderfolgenden zweiten Zeitrahmen zugreift. Die Größe des zweiten Zeitrahmens und/oder die Gruppenzuordnung wird beispielsweise als die zweite Indikation I2 versendet. Umfasst die zweite Indikation I2 die Größe des zweiten Zeitrahmens, so wird die zweite Indikation I2 auch als Aufteilungsindikator eines beispielsweise festen übergeordneten Zeitrahmens angesehen.
- In einem Schritt 410 findet ein Scheduling der Sidelink-Ressourcen innerhalb des ersten Zeitrahmens statt und die erste Indikation I1 wird ermittelt. Die erste Indikation I1 umfasst folglich eine Zuteilung von Sidelink-Ressourcen innerhalb des ersten Zeitrahmens. Damit befinden sich alle zugewiesenen Sidelink-Ressourcen innerhalb des ersten Zeitrahmens. Die Netzwerkeinheiten des zellbasierten Drahtloskommunikationsnetzwerks versenden somit ihre Nutzdaten nur innerhalb des ersten Zeitrahmens auf dem Sidelink-Kanal.
- Der erste und der zweite Zeitrahmen sind in dem übergeordneten Zeitrahmen angeordnet. Der übergeordnete Zeitrahmen wird in nicht gezeigter Form beispielsweise ausgehend von einer Größe von 100 ms verkürzt, wenn von einer der Netzwerkeinheiten der Drahtloskommunikationsnetzwerke eine Serviceindikation empfangen wird, welche eine verringerte Service-Latenz erfordert.
- Alternativ zu den Schritten 402-410 sind der erste Zeitrahmen und der zweite Zeitrahmen persistent oder semi-persistent, wobei semi-persistent bedeutet, dass die Aufteilung des übergeordneten Zeitrahmens in den ersten und zweiten Zeitrahmen gemäß einer Anzahl von Aufteilungsschemata geschieht. Ein Aufteilungsschema umfasst beispielsweise einen Anteil von 20 % des übergeordneten Zeitrahmens für den Sidelink-Kanal und einen Anteil von 80 % des übergeordneten Zeitrahmens für den Adhoc-Kanal. Das Aufteilungsschema umfasst auch eine Reihenfolge der ersten und zweiten Zeitrahmen innerhalb des übergeordneten Zeitrahmens.
- Gemäß einer ersten Ausführungsform A wird die erste Indikation I1 in einem Schritt 412 auf den Downlink-Kanal DC an die Netzwerkeinheiten UE1 und UE2 versendet. Die zweite Indikation I2 wird gemäß einem Schritt 414 auf dem Kontrollkanal CCH an die Netzwerkeinheiten NE3 und NE4 versendet. Bei der Ausführungsform A ist der Transceiver T_BS der Netzwerkeinheit BS aus
Figur 1 dazu ausgebildet, um den Kontrollkanal CCH in dem Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerk VANET aufzubauen. - Gemäß einer zweiten Ausführungsform B werden die erste und die zweite Indikation I1, I2 in einem Schritt 416 auf dem Downlink-Kanal DC an die Netzwerkeinheiten UE1 bis NE4 versendet. Die Transceiver T3 und T4 aus
Figur 1 müssen hierzu nicht die gesamte Funktionalität wie die Transceiver T1 und T2 umfassen, sondern können einen demgegenüber reduzierten Funktionsumfang umfassen. Bei der Ausführungsform B sind die Transceiver T3 und T4 ausFigur 1 also zumindest dazu ausgebildet, ein Synchronisationssignal von der Netzwerkeinheit BS zu empfangen, sich darauf zu synchronisieren und auf den Downlink-Kanal DC, auf dem die Indikationen I1, I2 gesendet werden, lesend zuzugreifen. - Die erste Indikation I1 stellt den Netzwerkeinheiten UE1, UE2 Scheduling-Informationen, d. h. Zuweisungen von Sidelink-Ressourcen des Sidelink-Kanals SC1 bereit. Die erste Indikation I1 wird von der Netzwerkeinheit BS an die Situation im zell-basierten Drahtloskommunikationsnetzwerk CELL angepasst und an die Netzwerkeinheiten UE1, UE2 versendet, die sich nur auf den zugewiesenden Sidelink-Ressourcen senden/empfangen.
- Die zweite Indikation I2 stellt den Netzwerkeinheiten NE3, NE4 den zweiten Zeitrahmen T2, d. h. eine Freigabe von Adhoc-Ressourcen des Adhoc-Kanals bereit. Die Netzwerkeinheiten NE3, NE4 arbitrieren den Adhoc-Kanal gemäß dem CSMA/CA-Verfahren. Die zweite Indikation I2 wird von der Netzwerkeinheit BS an die Situation im Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerk CELL angepasst. Alternativ ist die zweite Indikation I2 im Sinne einer Größe des Zeitrahmens persistent oder semi-persistent. Im Falle einer persistenten oder semi-persistenten Ausführung wird den Netzwerkeinheiten NE3, NE4 der zweite Zeitrahmen mittels einer in
Figur 5 erläuterten Indikation mitgeteilt. -
Figur 5 zeigt ein schematisches Sequenzdiagramm. Der übergeordnete Zeitrahmen Tsup umfasst den ersten Zeitrahmen T1 und den zweiten Zeitrahmen T2. Der übergeordnete Zeitrahmen Tsup beginnt zu Zeitpunkten t1_1, t1_2. Der erste Zeitrahmen T1 endet zum Zeitpunkt t2_1. Der zweite Zeitrahmen T2 beginnt zum Zeitpunkt t2_1 und ended zum Zeitpunkt t1_2. Die Indikation I1 umfasst eine Zuordnung von Sidelink-Ressourcen zum Versand von Nutzdaten N1, N2 auf dem Sidelink-Kanal SC1. Die Indikation I1 bedeutet damit, dass im ersten Zeitrahmen T1 der Sidelink-Kanal SC1 aktiv genutzt wird und die Netzwerkeinheiten NE3 und NE3 des Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerks VANET von einem Zugriff auf den Adhoc-Kanal absehen. - Im zweiten Zeitrahmen T2 werden Nutzdaten N3 und N4 auf dem Adhoc-Kanal ADCH versendet. Die Netzwerkeinheit BS verhindert die Zuteilung von Sidelink-Ressourcen in dem zweiten Zeitrahmen T2. Folglich wird vor einer Arbitrierung des Adhoc-Kanals ADCH durch die Netzwerkeinheiten NE3, NE4 überprüft, ob der zweite Zeitrahmen T2 aktiv ist. Ist dies der Fall, findet bei Vorliegen von zu versenden Nutzdaten N3, N4 eine Arbitrierung des Adhoc-Kanals ADCH statt. Ist die Arbitrierung erfolgreich, so werden die Nutzdaten in N3, N4 versendet. Innerhalb des zweiten Zeitrahmens T2 versendet die Netzwerkeinheit BS auf dem Kontrollkanal CCH eine Indikation BEAC, welches den Zeitpunkt t1_1, t1_2 und damit den Beginn eines nächsten übergeordneten Zeitrahmens Tsup signalisiert. Die Indikation BEAC wird auch als zweite Indikation und/oder Beacon bezeichnet. Die Indikation BEAC wird von der Netzwerkeinheit BS beispielsweise in regelmäßigen Zeitabständen an die Anzahl von Netzwerkeinheiten NE3, NE4 im Sinne eines Broadcasts versendet. Die Indikation BEAC indiziert zusätzlich oder alternativ den Zeitpunkt t2_1, also den Beginn des zweiten Zeitrahmens T2.
- Im gezeigten Beispiel wird die Indikation BEAC auf dem Kanal CCH und damit im zweiten Zeitfenster T2 versendet. Alternativ wird die Indikation BEAC auf dem Downlink-Kanal DC versendet, wobei die Indikation BEAC unabhängig von dem ersten oder zweiten Zeitfenster versendet werden kann.
- Innerhalb des übergeordneten Zeitrahmens Tsup folgt der zweite Zeitrahmen T2 auf den ersten Zeitrahmen T1. Dies hat den Vorteil, dass die Netzwerkeinheit BS die schedulbaren Sidelink-Ressourcen im ersten Zeitrahmen T1 unterbringt und der zweite Zeitrahmen T2 den Netzwerkeinheiten NE3, NE4 zur Verfügung steht. In einer alternativen Ausführungsform ist der zweite Zeitrahmen T2 als erster in dem übergeordneten Zeitrahmen Tsup angeordnet und der erste Zeitrahmen T1 folgt auf den zweiten Zeitrahmen T2. In einer weiteren Ausführungsform sind die Zeitrahmen T1 und T2 durch eine Sicherheits-Zeitdauer voneinander beanstandet, um eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Drahtloskommunikationsnetzwerke VANET, CELL zu reduzieren.
- In einer Ausführungsform reduzieren die Netzwerkeinheiten UE1, UE2 ihren Energiebedarf dadurch, dass sie während der zweiten Zeitdauer T2 den jeweiligen Transceiver mit einer reduzierten Energieaufnahme betreiben, da weder ein Senden noch ein Empfangen während der zweiten Zeitdauer T2 geplant ist.
- In einer Ausführungsform reduzieren die Netzwerkeinheiten NE3, NE4 ihren Energiebedarf dadurch, dass sie während der ersten Zeitdauer T1 den jeweiligen Transceiver mit einer reduzierten Energieaufnahme betreiben, da weder ein Senden noch ein Empfangen während der ersten Zeitdauer T1 geplant ist.
Claims (16)
- Ein Verfahren zum Betreiben einer netzwerkinfrastrukturseitigen Netzwerkeinheit (BS), das Verfahren umfassend:- Versenden (202) einer ersten Indikation (11) an eine Anzahl von straßenseitigen Netzwerkeinheiten (UE1, UE2) eines zell-basierten Drahtloskommunikationsnetzwerks (CELL), wobei die erste Indikation (11) in einem ersten Zeitrahmen (T1) eine Reservierung von Sidelink-Ressourcen eines Sidelink-Kanals (SC1) in einem nicht lizenzierten Frequenzbereich (NLFB) umfasst; und- Versenden (204) einer zweiten Indikation (I2; BEAC) an eine Anzahl von straßenseitigen Netzwerkeinheiten (NE3, NE4) eines Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerks, wobei die zweite Indikation (I2; BEAC) für einen zweiten Zeitrahmen (T2) eine Reservierung eines Adhoc-Kanals (ADCH) in dem nicht lizenzierten Frequenzbereich (NLFB) umfasst, wobei der erste und der zweite Zeitrahmen (T1, T2) zeitlich disjunkt sind.
- Das Verfahren nach dem Anspruch 1, wobei der zweite Zeitrahmen (T2) innerhalb eines übergeordneten Zeitrahmens (Tsup) angeordnet ist, und wobei der zweite Zeitrahmen (T2) in einem zeitlich nachfolgenden Abschnitt des übergeordneten Zeitrahmens (Tsup) angeordnet ist.
- Das Verfahren nach dem Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Indikation (11) und die zweite Indikation (I2; BEAC) auf einem Downlink-Kanal (DC) gesendet werden.
- Das Verfahren nach dem Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Indikation (11) auf einem Downlink-Kanal (DC) gesendet wird, und wobei die zweite Indikation (I2; BEAC) auf einem Kontrollkanal (CCH) des Adhoc-Kanal (ADCH) gesendet wird.
- Ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend:- Ermitteln (402) eines Zustands des Sidelink-Kanals (SC1);- Ermitteln (404) der Größe des ersten Zeitrahmens (T1) in Abhängigkeit von dem Zustand des Sidelink-Kanals (SC1).
- Ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend:- Ermitteln (406) eines Zustands des Adhoc-Kanals (ADCH); und- Ermitteln (408) der Größe des zweiten Zeitrahmens (T2) in Abhängigkeit von dem Zustand des Adhoc-Kanals (ADCH).
- Das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Zeitrahmen (T2) in Abhängigkeit von einer Anzahl von erreichbaren und zur Adhoc-Kommunikation fähigen Netzwerkeinheiten (NE3, NE4) ermittelt wird.
- Eine netzwerkinfrastrukturseitige Netzwerkeinheit (BS), die dazu ausgebildet ist:- eine erste Indikation (I1) an eine Anzahl von straßenseitigen Netzwerkeinheiten (UE1, UE2) eines zell-basierten Drahtloskommunikationsnetzwerks (CELL) zu versenden, wobei die erste Indikation (I1) in einem ersten Zeitrahmen (T1) eine Reservierung von Sidelink-Ressourcen eines Sidelink-Kanals (SC1) in einem nicht lizenzierten Frequenzbereich (NLFB) umfasst; und- eine zweite Indikation (I2; BEAC) an eine Anzahl von straßenseitigen Netzwerkeinheiten (NE3, NE4) eines Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerks zu versenden, wobei die zweite Indikation (I2; BEAC) für einen zweiten Zeitrahmen (T2) eine Reservierung eines Adhoc-Kanals (ADCH) in dem nicht lizenzierten Frequenzbereich (NLFB) umfasst, wobei der erste und der zweite Zeitrahmen (T1, T2) zeitlich disjunkt sind.
- Ein Verfahren zum Betreiben einer straßenseitigen Netzwerkeinheit (NE3; NE4) eines Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerks, das Verfahren umfassend:- Ermitteln (302) von Nutzdaten (N3; N4) zum Versand an eine weitere straßenseitige Netzwerkeinheit (NE4; NE3) des Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerks;- Empfangen (304) einer Indikation (I2; BEAC) von einer netzwerkinfrastrukturseitigen Netzwerkeinheit (BS), wobei die Indikation (I2; BEAC) für einen Zeitrahmen (T2) eine Reservierung eines Adhoc-Kanals (ADCH) in einem nicht lizenzierten Frequenzbereich (NLFB) umfasst;- Arbitrierung (306) des Adhoc-Kanals (ADCH) während des Zeitrahmens (T2), und- Versenden (308) der Nutzdaten (N3; N4) auf dem Adhoc-Kanal (ADCH) während des Zeitrahmens (T2) an die weitere straßenseitige Netzwerkeinheit (NE4; NE3), wenn die Arbitrierung des Adhoc-Kanals (ADCH) erfolgreich war.
- Das Verfahren nach dem Anspruch 9, wobei der zweite Zeitrahmen (T2) innerhalb eines übergeordneten Zeitrahmens (Tsup) angeordnet sind, und wobei der zweite Zeitrahmen (T2) auf den ersten Zeitrahmen (T1) folgt.
- Das Verfahren nach dem Anspruch 9 oder 10, wobei die Indikation (I2; BEAC) auf einem Downlink-Kanal (DC) eines zell-basierten Drahtloskommunikationsnetzwerks (CELL) von der netzwerkinfrastrukturseitigen Netzwerkeinheit (BS) empfangen wird.
- Das Verfahren nach dem Anspruch 9 oder 10, wobei die Indikation (I2; BEAC) auf einem Kontrollkanal (CCH) des Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerks von der netzwerkinfrastrukturseitigen Netzwerkeinheit (BS) empfangen wird.
- Das Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der Adhoc-Kanal (ADCH) außerhalb des Zeitrahmens (T2) von der Netzwerkeinheit (NE3; NE4) nicht arbitriert wird.
- Eine straßenseitige Netzwerkeinheit (NE3; NE4) eines Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerks- wobei ein Prozessor (P3; P4) dazu ausgebildet ist, Nutzdaten (N3; N4) zum Versand an eine weitere straßenseitige Netzwerkeinheit (NE4; NE3) des Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerks zu ermitteln;- wobei eine Antenne (A3; A4) und ein Transceiver (T3; T4) dazu ausgebildet sind, eine Indikation (I2; BEAC) von einer netzwerkinfrastrukturseitigen Netzwerkeinheit (BS) zu empfangen, wobei die Indikation (I2; BEAC) für einen Zeitrahmen (T2) eine Reservierung eines Adhoc-Kanals (ADCH) in einem nicht lizenzierten Frequenzbereich (NLFB) umfasst; den Adhoc-Kanal (ADCH) während des Zeitrahmens (T2) zu arbitrieren; und die Nutzdaten (N3; N4) auf dem Adhoc-Kanal (ADCH) während des Zeitrahmens (T2) an die weitere straßenseitige Netzwerkeinheit (NE4; NE3) zu versenden, wenn die Arbitrierung des Adhoc-Kanals (ADCH) erfolgreich war.
- Ein Kraftfahrzeug (vehic3; vehic4) umfassend die straßenseitige Netzwerkeinheit (NE3; NE4) nach dem vorstehenden Anspruch.
- Ein Verfahren zum Betreiben eines zell-basierten Drahtloskommunikationsnetzwerks (CELL) und eines Adhoc-Drahtloskommunikationsnetzwerks umfassend das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 das Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13.
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